Innes dejó los estudios a los 12 años, pero se interesó por la astronomía, siendo miembro de la Royal Astronomical Society desde los 17 años.

Fue invitado a Sudáfrica en 1896 por David Gill para trabajar en el Real Observatorio del Cabo, en Ciudad del Cabo, como Secretario y Bibliotecario, con un modesto salario.

Fue el primer director (1903-1927) del Departamento Meteorológico de Transvaal, una estación meteorológica cuyo cometido fue ampliándose y posteriormente dedicado en exclusiva a la observación astronómica, llamándose sucesivamente Observatorio del Transvaal y más tarde Observatorio Union.

Introdujo el comparador de parpadeo, que empleó en 1915 para descubrir a Próxima Centauri (pareja de Alfa Centauri); también hizo importantes contribuciones en mecánica celeste.

Junto con el astrónomo danés Thorvald Nicolai Thiele (1838-1910) introdujo los parámetros orbitales para las estrellas dobles conocidas hoy día como constantes de Thiele-Innes.